東北大と京大、HDDの超高密度化が期待できる反強磁性体スピントルク磁気メモリを実証

　東北大学と京都大学の研究グループらは10月18日、コバルト・ガドリニウム(CoGd)合金多層膜からなる反強磁性材料を用いた、自発磁化を持たない反強磁性体スピントルク磁気メモリの実証を行なったと発表した。

　HDDなどの磁気記録デバイスでは、コバルト(Co)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)などの強磁性体からなる記録層に、電流(あるいはスピントルク効果)や磁場で情報を書き込むが、強磁性体自身が発する双極子磁場(漏れ磁場)によるビット間干渉の問題が、超高記録密度化への壁となっている。

　一方、反強磁性体はミクロな磁気モーメントを有しているが、隣り合う磁気モーメントが反対方向を向いて整列しているため、漏れ磁場が発生せず、外部磁場に対してもほとんど影響を受けない。ただし、スピントルク効果はミクロな磁気モーメントに直接作用できるため、電流による磁気モーメントの制御が可能であり、磁気メモリの技術的なブレークスルーとして注目されている。

　今回同研究グループは、CoGd合金で反強磁性結合状態の記録層を作り、プラチナ(Pt)層で上下からはさみこむことでメモリ素子構造を構成。上下のPt層に書き込み電流が流れるスピンホール効果によって、スピン流が記録層に作用し、スピントルク効果でCoGd合金の磁気モーメントにトルクを与えた。

　この素子構造によって、上下のPtからそれぞれ逆方向に分極したスピン流が反強磁性磁化に作用するため、より効率的なトルクが得られ、実際に書き込みを行なったところ、2進数の0と1の情報に対応し、素子の抵抗が変化することを実証。また、外部磁場による書き込みでは、数キロエルステッド程度の磁場では書き込みが行なえないことも証明できた。

　この成果によって、反強磁性体における磁気モーメント操作の新しい手法や素子構造、磁気メモリの超高密度化などに大きな期待が持てるとしている。